毕业设计论文基于MCGS组态软件的仿真实验监控平台设计.docx
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毕业设计论文基于MCGS组态软件的仿真实验监控平台设计
毕业设计（论文）-基于MCGS组态软件的仿真实验监控平台设计
武汉科技大学本科毕业设计
摘要
应用组态软件设计一个仿真实验监控平台,实现对实际工程问题的过程控制,现在我们的具体问题是实现对水箱液位过程控制。
为了能设计一个解决实际工程问题的仿真实验监控平台,我们可以基于各种组态软件来设计这个仿真平台.而MCGS组态软件具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能等突出特点,它可以快速构造和生成上位机监控系统，并可稳定运行于多种操作系统.。
以MCGS组态软件为开发平台,设计一个仿真实验监控平台来实现对实际工程问题的控制.不仅能对水箱的液位进行监控,采集实验数据建立实验报表,而且能够脱机进行仿真实验、模拟控制。
为了能够很好的实现对水箱液位控制系统的仿真,综合考虑多方面的因素,本文将用MCGS组态软件设计一个仿真实验监控平台来对其进行实时控制.具体地,要将MCGS组态软件实现此方案。
在该系统中,利用MCGS组态软件完成数据采集、控制信息输出以及人机交互等工作，完成仿真实验监控平台的设计,最终达到对水箱液位实时监控,实验数据采集,报表的输出和数据的同步显示。
关键词:
MCGS组态软件;液位系统;仿真实验
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Abstract
Todesignasimulationexperimentmonitoringplatformwithapplicationconfigurationsoftware,realizingtheactualengineeringproblemsofprocesscontrol,currently,ourconcreteproblemistoachievethetemperatureoftheboilerandwatertanklevelprocesscontrol.
Inordertobeabletosolverealengineeringproblemstodesignasimulationexperimentmonitoringplatform,wecanbaseonavarietyofconfigurationsoftwaretodesignthissimulationplatform.TheMCGSconfigurationsoftwarehassimpleoperation,perfectvisibility,strongmaintainability,highperformanceandothersalientfeatures.Itcanconstructandgeneratehostcomputermonitoringsystemquickly,andcanberunondifferentkindsofoperatingsystemssteadily.
WithMCGSconfigurationsoftwaredevelopmentplatform,designingasimulationexperimentmonitorplatformtoachievetheprocesscontroloftheactualengineeringproblems.Notonlycanmonitorthelevelofthewatertankandthetemperatureoftheboiler,gatheringtheexperimentdataandestablishingexperimentreports,butalsocandotheoff-linesimulationexperiment,simulationcontrol.
Inordertocontrolthewatertanklevelandthewatertemperatureofboilerwell.Takeacomprehensiveconsiderationonvariousfactors;thisarticlewilldesignasimulationexperimentmonitoringplatformwithMCGSconfigurationsoftwaretoachievethereal-timecontrolforthissystem.Specifically,weshoulduseMCGSconfigurationsoftwaretoimplementthisprogram.Inthissystem,realizingthedataacquisition,controllinginformationoutput,aswellasthehuman-machineinteractionbytheMCGSconfigurationsoftware,andaccomplishingthedesignofthesimulationexperimentmonitoringplatform,whichcantoachievethelevelofthewatertankandthewatertemperatureoftheboilerinreal-timemonitoring,experimentaldatacollection,reportformsoftheoutputandsynchronizedcurvedisplayultimately.
KeyWords:
MCGSconfigurationsoftware;liquidlevelsystem;simulationexperiment
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1绪论..................................................................11.1过程控制仿真的意义.................................................11.2过程控制仿真概况...................................................11.3论文主要内容.......................................................12MCGS组态软件..........................................................22.1MCGS简介...........................................................22.2MCGS的构成.........................................................2
2.2.1MCGS组态软件的系统构成........................................2
2.2.2MCGS组态软件界面简介..........................................32.3MCGS组态软件的功能和特点...........................................42.4MCGS组态软件的工作方式.............................................52.5MCGS组态软件的操作方式.............................................52.6组建新工程的一般过程...............................................73液位系统的仿真实验设计原理............................................93.1A3OO系统工艺流程图..................................................93.2液位系统的工作原理.................................................104过程控制仿真实验平台设计.............................................114.1仿真实验平台设计基本流程..........................................11
4.1.1建立一个MCGS新工程...........................................11
4.1.2设计画面流程..................................................11
4.1.3定义数据变量..................................................13
4.1.4动画连接......................................................15
4.1.5编写控制流程..................................................194.2液位系统仿真实验设计结果........................................205总结.......................................................22参考文献................................................................23致谢............................................................24
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1绪论
1.1过程控制仿真的意义
在现在社会中,基于组态软件的仿真实验监控平台在过程控制中的应用越来越广泛了,基于组态软件的仿真平台既能对不同的工程和社会应用问题实现建模、仿真、分析和可视化,又能对一般工控过程系统进行实时仿真和监控仿真系统或与之进行数据交换和资源共享。
该仿真平台已成功地在一些实际工控系统的过程仿真与优化控制、辅助决策分析和教学仿真实验等方面得到应用,获得了较好的经济和社会效益。
正是因为仿真实验监控平台的应用,给我们带了诸多好处,我们只需要根据现实情况,建立控制系统模型,然后进行仿真,我们只需要通过了解仿真程序的运行状况可以得知模型的特征和行为，从而判断真实系统的特征和行为。
这样我们就可以通过反复的调试来得到我们满意的结果,这样就提高了工作的效率。
1.2过程控制仿真概况
仿真实验监控平台在过程控制中的应用无处不在.而构建监控平台的方法也越来越多了，下面列举的是现在广泛采用的方法。
蒸汽锅炉的液位控制系统是过程控制系统的一个例子。
当产生蒸汽的耗水量与锅炉进水量相等时，液位保持在给定的正常标准值。
蒸汽量的增加或减少即引起液位的下降或上升。
差压传感器将液、汽间的压差（代表实际液位）与给定压差（代表给定液位）比较，得到两者的差值，称为偏差（代表实际液位与给定液位之差）。
控制器根据偏差值按照指定规律发出相应信号，控制调节阀的阀门，使液位恢复到给定的标准位置，从而实现对液位的自动控制。
一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式，这是过程控制的主要方式。
而在批量型的过程操作中则需要采用顺序控制系统。
例如，化学反应器中催化剂的注入需要等到反应物升温至一定数值后才能开始，操作必须遵守严格的顺序。
顺序控制常采用可编程序逻辑控制器来实现。
1.3论文主要内容
本论文的主要任务是用MCGS组态软件来设计一个过程控制仿真实验监控平台，以实现对水箱液位控制。
仿真实验监控平台水箱液位控制系统一用户窗口和画面的制作。
在这个画面中都包括两个部分:
动画画面和曲线显示模块。
在绪论中本文主要介绍了过程控制仿真的重要意义以及过程控制仿真在国内外的发展和运用情况。
在第二章中详细的介绍了MCGS的特点，构成，MCGS软件的界面;介绍了MCGS组态软件的工作方式，包括MCGS与设备通讯之间的通讯，MCGS怎样产生动画效果，MCGS如何实施远程多机监控等;同时简单介绍了MCGS组态软件的操作方式;重点介绍了组建工程的一般过程。
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在第三章中首先简单介绍了设计任务和要求，包括设计的原理图，系统变量，及设计的目的等。
然后通过一个控制液位的系统的组态过程，介绍如何应用MCGS组态软件完成一个工程。
在此工程中涉及到动画制作、控制流程的编写、模拟设备的连接、报表曲线显示与打印等多项组态操作。
在第四章中简单介绍了运用MCGS来建立本次工程的流程。
最后是论文的总结和参考文献的列举。
2MCGS组态软件
2.1MCGS简介
MCGS全称MonitorandControlGeneratedSystem，是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于MicrosoftWindows
95/98/Me/NT/2000等操作系统。
MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
使用MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能全面，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。
MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。
2.2MCGS的构成
2.2.1MCGS组态软件的系统构成
MCGS软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。
组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。
运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。
运行环境:
组态环境:
解释执行组态生成组态结果
应用系统组态结果数据库
图2.1MCGS的组态环境与运行环境联系图
MCGS组态软件由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。
两部分互
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相独立，又紧密相关。
图2.2MCGS的组态环境与运行环境的结构图
MCGS组态环境是生成用户应用系统工作环境，由可执行程序MCGSSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。
用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。
MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序MCGSRun.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。
在运行环境中完成对工程的控制工作。
2.2.2MCGS组态软件界面简介
MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。
主控窗口:
是工程的主窗口或主框架。
在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。
主要的组态操作包括:
定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。
设备窗口:
是连接和驱动外部设备的工作环境。
在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。
用户窗口:
本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如:
生成各种动画显示画面、报警输出、数据图表等。
实时数据库:
是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分
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连接成有机的整体。
在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。
运行策略:
本窗口主要完成工程运行流程的控制。
包括编写控制程序，选用各种功能构件，如:
数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。
MCGS工控组态软件
主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库运行策略
菜单设计添加工程设备创建动画显示定义数据变量编写控制流程设置工程属性连接设备变量设置报警窗口使用功能构件
注册设备驱动人机交互界面
图2.3MCGS的组态软件的五部分
2.3MCGS组态软件的功能和特点
与同类组态软件相比，MCGS组态软件具有以下特点:
全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真
正的32位程序，可运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统。
庞大的标准图形库、完备的绘图工具以及丰富的多媒体支持，能够快速地开发出
集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。
全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、
通用棒图等，能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。
支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动;此外，独特的
组态环境调试功能与灵活的设备操作命令相结合，使硬件设备与软件系统间的配
合天衣无缝。
简单易学的类Basic脚本语言与丰富的MCGS策略构件，能够轻而易举地开发出复
杂的流程控制系统。
强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，能
够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。
方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵
活的报警处理函数，能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。
完善的安全机制，允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。
此外，
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MCGS还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开
发者的成果。
强大的网络功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各种无线网络和无线
电台等多种网络体系结构。
良好的可扩充性，可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制，方便地扩展MCGS
5.1组态软件的功能，并与其他组态软件、MIS系统或自行开发的软件进行连接。
提供了WWW浏览功能，能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成。
在整
个企业范围内，只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览与生产现
场一致的动画画面，实时和历史的生产信息，包括历史趋势，生产报表等等，并
提供完善的用户权限控制。
2.4MCGS组态软件的工作方式
MCGS与设备通讯之间的通讯:
MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。
包括数据采集和发送设备指令。
设备驱动程序是由VB、VC程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。
MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中的各个部分，完成整个系统的通讯过程。
每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。
MCGS产生动画效果:
MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如:
一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。
所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。
然而，我们在组态环境中生成的画面都是静止的，如何在工程运行中产生动画效果呢,方法是:
图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接。
详细情况请参阅后面第四讲中的动画连接。
工程运行流程的有效控制:
MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口，建立用户运行策略。
MCGS提供了丰富的功能构件，供用户选用，通过构件配置和属性设置两项组态操作，生成各种功能模块（称为“用户策略”），使系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统的运行流程和设备的工作状态。
所有的操作均采用面向对象的直观方式，避免了烦琐的编程工作。
2.5MCGS组态软件的操作方式
系统工作台面:
是MCGS组态操作的工作台面。
鼠标双击Windows桌面上的“MCGS组态环境”图标，或执行“开始”菜单中的“MCGS组态环境”菜单项，弹出的窗口即为MCGS的工作台窗口，设有:
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标题栏:
显示“MCGS组态环境-工作台”标题、工程文件名称和所在目录;
菜单条:
设置MCGS的菜单系统。
参见“MCGS组态软件用户指南”附录所列MCGS菜单及快捷键列表;
工具条:
设有对象编辑和组态用的工具按钮。
不同的窗口设有不同功能的工具条按钮，其功能详见附表。
工作台面:
进行组态操作和属性设置。
上部设有五个窗口标签，分别对应主控窗口、用户窗口、设备窗口、实时数据库和运行策略五大窗口。
鼠标单击标签按钮，即可将相应的窗口激活，进行组态操作;工作台右侧还设有创建对象和对象组态用的功能按钮;
组态工作窗口:
是创建和配置图形对象、数据对象和各种构件的工作环境，又称为对象的编辑窗口。
主要包括组成工程框架的五大窗口，即:
主控窗口，用户窗口，设备窗口，实时数据库和运行策略。
分别完成工程命名和属性设置，动画设计，设备连接，编写控制流程，定义数据变量等项组态操作。
属性设置窗口:
是设置对象各种特征参数的工作环境，又称属性设置对话框。
对象不同，属性窗口的内容各异，但结构形式大体相同。
主要由下列几部分组成:
窗口标题:
位于窗口顶部，显示“××属性设置”字样的标题。
窗口标签:
不同属性的窗口分页排列，窗口标签作为分页的标记，各类窗口分页排列，鼠标单击窗口标签，即可将相应的窗口页激活，进行属性设置。
输入框:
设置属性的输入框，左侧标有属性注释文字，框内输入属性内容。
为了便于用户操作，许多输入框的右侧带有“,”、“?
”、“…”等标志符号的选项按钮，鼠标单击此按钮，弹出一列表框，鼠标双击所需要的项目，即可将其设置于输入框内。
单选按钮:
带有“?
”或“?
”标记的属性设定器件。
同一设置栏内有多个选项钮时，只能选
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